[發明專利]一種中子慢化增殖準直裝置

有效

• 申請號: 201610886910.3
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN106373630B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 許旭;陸景彬;劉玉敏;趙龍;馬純輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G21K1/06
• 分類號: G21K1/06;G21K1/02
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 李榮武

技術領域

本發明屬于核技術應用領域，尤其涉及將中子放射源出射快中子經過慢化、準直、增殖形成高通量熱中子束的一種中子慢化增殖準直裝置。

技術背景

中子放射源主要分為自發裂變源、(α，n)中子源和中子射線裝置等，所有中子源都是以4π立體角出射2-14MeV能量段的快中子。在實際中子應用場景中，經常需要使用特定能量的定向中子束，最常用的就是能量為0.0253eV的熱中子束流與靶物質發生熱中子俘獲反應。由于中子放射源以4π立體角出射中子，經常還需要將大部分中子屏蔽只留特定角度的出射孔以防止中子對人員的輻射傷害和對儀器設備的輻射損傷。

在快中子慢化熱化過程中，如果采取簡單的球形或立方體形屏蔽體，到達靶物質的中子通量與中子放射源和靶物質距離的平方成反比，也就意味著屏蔽體厚度對最終的中子通量十分敏感，而對中子射線的屏蔽相較其他射線如γ射線、β射線、重帶電粒子是更困難的，即使優化各種慢化體和屏蔽體的組合、結構，也需要數十厘米的慢化和屏蔽厚度，例如14MeV快中子需要經過數十厘米的屏蔽體才能慢化成熱中子，因為中子放射源的4π立體角發射每增加一厘米的屏蔽體中子通量的損失都是巨大的。

發明內容

根據現有技術中的問題，提出一種中子慢化增殖準直裝置，包括：反射體(102)；前慢化體(105)中間有一可拆卸的圓柱形的慢化塊(106)；中子放射源(101)在反射體(102)與前慢化體(105)之間的空槽(103)內；與中子放射源(101)在同一高度并在前慢化體(105)前的長圓柱形的熱化增殖體(109)；包裹住熱化增殖體(109)的準直反射體(107)；準直反射體(107)和周圍中子屏蔽體(108)前面的熱中子吸收體(110)；在反射體(102)后面的后慢化體(104)；后慢化體(104)后面的后中子屏蔽體(112)，反射體(102)兩側的周圍中子屏蔽體(108)；最前面的前γ屏蔽體(111)；裝置最外層的周圍γ屏蔽體(113)。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，反射體(102)材質為鉛或鉍，前端有半橢球形的空槽(103)，中子放射源放在橢球的短軸焦點上，該橢球的另一焦點應在熱化增殖體(109)的橫截面中心。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，前慢化體(105)材質為鉛或鉍，為長方體形，厚度小于8cm；中間有一可拆卸的圓柱形的慢化塊(106)，半徑與熱化增殖體(109)相同，材質與前慢化體(105)相同；后慢化體(104)材質為鉛，厚度為8±0.5cm。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，熱化增殖體(109)材質為重水D₂O，形狀為長圓柱形，截面直徑1-10cm，長度隨中子放射源(101)的類型不同而不同，可拆卸。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，準直反射體(107)材質為石墨，截面形狀內圓外方，截面邊長70cm左右，長度隨中子放射源(101)的類型不同而不同。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，周圍中子屏蔽體(108)與后中子屏蔽體(112)材質為聚乙烯、水或石蠟，厚度為40±5cm。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，熱中子吸收體(110)材質為碳化硼B₄C，厚度0.5-2cm。

如上所述的一種中子慢化增殖準直裝置，其中，前γ屏蔽體(111)材質為鉛，厚度3±0.5cm；周圍γ屏蔽體(113)材質為鋼鐵，厚度1cm。

根據本發明的另一個方面，提出一種中子慢化增殖準直的方法，包括：中子放射源位于反射體(102)的半橢球形的空槽(103)的橢球焦點上，中子以4π立體角發射，-x方向的2π角度中子到達反射體(102)的橢球面后，部分中子被反射，反射方向指向橢球的另一焦點，該焦點位于熱化增殖體(109)的橫截面中心，x方向的中子先經過前慢化體(105)能量降低至2-3MeV，進入熱化增殖體(109)的雜亂中子被準直反射體(107)準直，使中子沿平行于x軸方向飛行，并被熱化增殖體(109)進一步降低能量成為能量為0.0253eV的熱中子,并且中子與前慢化體(105)、熱化增殖體(109)發生(n，2n)反應進一步增加中子的數量。